高强超韧高密度聚乙烯聚丙烯共混物性能与微相分离结构的研究

31999202201收稿,1999206209修稿;国家自然科学基金(基金号59773025)及香港蒋氏工业慈善基金(基金号RC96105)资助项目; 33通讯联系人

高强超韧高密度聚乙烯/聚丙烯共混物性能与

微相分离结构的研究3

张　弓　傅　强33　申开智　蒋　龙

(四川大学高分子材料科学与工程系　成都　610065)

摘　要　在常规注射过程中,难以获得超高性能的共混体系注射制件,已有的研究表明,采用高剪切注射,可以抬高共混体系的最低临界相容温度曲线(LCST )的位置,增加相容性.当熔体进入模具后,冷却的同时相容性下降,开始相分离,相分离程度发展到某一程度即可获得高性能的制件.对于高密度聚乙烯(HDPE )、聚丙烯(PP )两组分均为结晶型聚合物的共混体系,由于其相形态与结晶形态相互制约、竞争,微相分离程度难以控制,因此对其液2液相形态与结晶过程的控制是获得共混物最终形态与性能的关键.采用振动保压注射成型技术不仅对HDPE 、PP 各自力学性能有明显的自增强作用,而且对HDPE/PP 共混体系的力学性能也有十分明显的改善.DSC 、WAXD 、SEM 结果表明共混体系拉伸强度的提高主要取决于试样中串晶数量和大分子链的定向程度,而冲击强度则主要取决于两组分微观的相分离程度.研究结果表明,HDPE/PP 含量为92/8的试样拉伸强度为9711MPa ,80/20试样的缺口冲击强度为4515kJ/m 2,较静态试样分别提高413倍和915倍.采用振动填充注射技术针对某一组分可以获得高强度、高韧性的共混制件.关键词　振动填充注射,高密度聚乙烯,聚丙烯,共混,结晶

在一般条件下多数高分子共混物是热力学不

相容的多相体系,而完全相容的两组分共混,通常只能得到两组分性能加和平均值的共混材料.通过剪切作用下的液2液相分离控制共混物的微相分离程度与形态是获得高性能高分子共混材料的重要途径,国外已有不少报道[1～4],但主要集中在两组分均为非晶聚合物体系,如PC/ABS ,或仅有一组分为结晶聚合物,如PP/EPR [5,6].对于两组分均为结晶聚合物的体系,液2液相形态与结晶的相互制约与竞争是控制共混物最终形态与性能的关键因素,因为如果两组分在熔点以上为液2液相容体系,则最终形态将由两组分分别结晶引起的相分离控制,即由结晶动力学和分子扩散速率决定;如果两组分形成共晶(Cocrystallization ),将得到固态下完全相容的体系.如果两组分在熔点以上为液2液相分离,降温时,两组分将分别在各自的相区内(Domain )结晶,最终的形态主要由液2液相分离的程度决定.

本文在以往采用振动保压技术控制纯PP 、纯PE 晶体形态与取向的研究基础上,对HDPE/PP 共混体系在高剪切作用下相形态、晶态、取向控制方法与技术进行了较深入的探讨.

1　实验部分

111　材料

高密度聚乙烯HDPE (7006A 齐鲁石化,熔体指数618g/10min ),聚丙烯(共聚PP ,韩国1250,熔体指数116g/10min ).112　设备及制样方法

TSS J 225同向双螺杆挤出机(成都晨光化工研究院生产)制备共混物,SZ 2100g 型普通型塑料注射机(南宁第二轻工机器厂生产)注射成型样条,样条为符合ASTM638M 标准的哑铃形试样,试样试验段尺寸为4010mm ×610mm ×315mm.注塑模具及振动填充装置见文献[7～9].拉伸强度在Shimadzu A G 210TA 万能电子拉力机上测量,用悬臂梁冲击测试法进行缺口冲击实验,实验温度为20℃,因试样测试段有效尺寸不符合标准规范,故测试结果仅作相对比较使用.在厚度为315mm 的试样侧面中部进行机械缺口加工,缺口为45°,底部曲率半径0125±01025mm ,缺口处试样的剩余厚度为210±0110mm ,缺口冲击强度实验及计算方法同Izod 标准方法.用D/MAX 2ⅢA 型X 2射线衍射仪研究试样的晶体结构,在Perkin 2

第3期

2000年6月

高　分　子　学　报

ACTA POL YM ERICA SIN ICA

No.3

J un.,2000

306

Elmer DSC 22上进行DSC 测试,升温速度10℃/min.共混体系试样冲击断面喷金处理后,用Hitachi X 2650型扫描电镜观察断面形貌.

注塑及振动保压实验的工艺参数注射机注射

压力120MPa ,占最大注射压力的90%,注射速度80cm 3/s ,占最大流量的90%.注射机保压压力50MPa ,模具温度为25℃,口模温度190℃,热流

道板温度200℃,

振动保压施压小活塞压力为215MPa ,活塞进退频率013Hz ,振动保压熔体最高压力20MPa ,冷却保压时间210min.

2　结果与讨论

211　振动保压对H DPE/PP 共混体系力学性能

的改进

HDPE/PP 共混体系在静态和振动保压剪切力场中的结果见图1和图2.对于静态保压试样,拉伸强度从纯HDPE 的2417MPa 缓慢上升到纯PP 的3512MPa ,呈近似线性上升趋势,在PP 含量为8%和15%处出现回落.静态试样的缺口冲击强度在PP 含量为20%内随PP 含量呈缓慢上升趋势,随后缓慢

增加至90%处的最高值1810kJ

/m 2,在95%处出现下降,后反弹,再下降

至纯PP 对应的317kJ /m 2.

Fig.1　Tensile strength of HDPE/PP blend versus PP content

Fig.2　Notched impact strength of HDPE/PP blend versus PP content

对于振动保压试样,当PP 含量在8%以内时,拉伸强度从纯HDPE 的10613MPa 振荡下行

至9711MPa ,然后急剧下降至PP 含量15%对应的4917MPa ,之后拉伸强度随PP 含量变化不大.缺口冲击强度从纯HDPE 的2812kJ /m 2急剧下降至PP 含量为5%对应的1212kJ /m 2,之后迅速回升至PP 含量为20%对应的最高值4515kJ /m 2,后下降,在90%处稍有回升,再下降至纯PP 对应的1613kJ /m 2.212　静态保压试样DSC 、WAX D 、SEM 结果与力学性能的关系

HDPE/PP 不同组分静态及振动保压试样DSC 曲线如图3、图4所示,HDPE/PP 含量为90/10静态及振动保压试样剪切层、芯层WAXD

曲线如图5所示,80/20试样的SEM 照片如图6所示.

Fig.3　DSC endotherms of HDPE/PP blends prepared by static packing

Fig.4　DSC endotherms of HDPE/PP blends prepared by

oscillating packing

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033期张　弓等:高强超韧高密度聚乙烯/聚丙烯共混物性能与微相分离结构的研究